纳米贵金属核壳结构的制备及其催化性能研究

发布时间：2017-12-06 03:03

  本文关键词：纳米贵金属核壳结构的制备及其催化性能研究

  更多相关文章： 贵金属 Yolk-shell Core-shell 碳 介孔SiO_2 催化

【摘要】：贵金属纳米材料凭借其较好的催化活性以及较高的选择性而在催化领域受到广泛关注。但是,纳米尺寸使其具有的高比表面积以及大比表面能,使得贵金属纳米粒子十分不稳定,极易团聚和氧化,限制了其在应用方面的推广。而在贵金属纳米催化剂的制备方法中,选用惰性介孔材料包覆贵金属纳米粒子制备的具有核壳结构的贵金属纳米催化剂,则可以有效的解决这一问题。其中,介孔的外壳结构一方面可保证贵金属的活性位点,同时可防止贵金属氧化团聚及散落,具有稳定贵金属纳米粒子、提高催化剂循环利用率等优点。因此,基于核壳结构的贵金属纳米催化剂的制备探究,对于贵金属催化材料的性能改善具有很重要的意义。此外,由于贵金属成本较高,如何最大限度的实现其有效利用,例如多组分贵金属负载等,也是一个极具挑战的课题。本论文立足于提高贵金属纳米催化剂的催化活性以及稳定性,成功的制备出具有核壳结构的Ag@C、Pt@C、Ag-Pt@C以及Ag-Pt@SiO_2等贵金属纳米催化剂,并通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线粉末衍射仪(XRD)等多种测试方法对其进行了表征,研究了影响其结构与性能的主要因素。主要的研究内容以及具体成果如下:1.选用贵金属盐为前驱体,葡萄糖为还原剂,一步水热法制备了两种贵金属核@碳壳的纳米结构,表示为M@C。通过控制反应温度确定了葡萄糖在反应中的作用是先作为还原剂将Ma+还原成为贵金属核,然后作为碳源高温碳化成壳,并通过葡萄糖加入量的调整实现了对M@C纳米球的壳层厚度的调控。由此探索出葡萄糖对Ma+均具有一定的还原性,并且该制备方法操作简单,绿色环保。随后,我们以此为指导,选用硝酸银和乙酰丙酮铂同为贵金属前驱体,加入葡萄糖水热还原,制备得到了一种同时包覆Ag、Pt双金属的core-shell结构Ag-Pt@C纳米球。通过控制反应时间探究了其合成过程为先由Ag+还原形成银核,随后Pt~(2+)在银核周围原位还原形成Pt纳米粒子包覆于银核周围,进而葡萄糖碳化成壳得到多级核壳结构的Ag-Pt@C纳米球。该结构中将较易团聚的Pt纳米粒子分散于银核周围,增大了Pt的比表面积,提高了贵金属的利用率;同时介孔的碳质壳结构对贵金属核起到一定的保护作用,其表面的亲水基团有利于催化剂在溶液中的分散。通过催化4-NP氢化还原的实验,分析证实Ag-Pt@C纳米球和Pt@C纳米球具有比Ag@C纳米球更好的催化性能。2.以core-shell结构Ag-Pt@C纳米球为模板,通过溶胶-凝胶法在其表面包覆SiO_2后退火去除模板碳层得到yolk-shell结构Ag-Pt@meso-SiO_2纳米球,其中空腔中为较大银核与较小Pt纳米粒子单分散的状态,外层SiO_2壳为介孔结构,BET测试得到其比表面积为552.9 m2/g,平均孔径为3.55 nm。通过调控TEOS的加入量得到了具有不同厚度SiO_2壳层的样品。调整加入AgNO_3的量得到具有不同尺寸核结构的Ag-Pt@C纳米球模板及其相对应的Ag-Pt@meso-SiO_2纳米球,通过TEM表征得知,AgNO_3加入量主要通过影响Ag核的大小进一步影响其周围包覆Pt纳米粒子的量,加入AgNO_3量越多,得到的模板样品中Ag核越大,相对负载的Pt越多,碳壳越薄,继而Ag-Pt@meso-SiO_2纳米球中空腔越小,Pt纳米粒子分散性越差。通过对退火温度的调控得到该纳米结构在800℃的高温环境仍可保持结构的稳定性,且Ag、Pt纳米粒子不团聚。通过催化对硝基苯酚(4-NP)的氢化还原实验,表明制备的Ag-Pt@meso-SiO_2纳米球具有很好的催化性能,证明该结构的高负载量、大比表面积、及其高稳定性使其在处理水污染方面具有极大的应用价值。
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.1;O643.36

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